Доклад про изменчивость по биологии

Обновлено: 05.07.2024

Раздел ЕГЭ 3.4. Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость — свойства организмов. Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория наследственности. Современные представления о гене и геноме

Генетика: задачи, методы, понятия, символика

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Наследственность и изменчивость являются фундаментальными свойствами всех живых организмов. Они обеспечивают постоянство и многообразие видов и являются основой эволюции живой природы.

Задачи генетики:

Исследование механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм дочерним.
Изучение механизма реализации генетической информации в процессе онтогенеза под контролем генов и влиянием условий внешней среды.
Исследование типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ.
Изучение взаимосвязи процессов наследственности, отбора и изменчивости как движущих факторов эволюции органического мира.

Методы генетики:

Основные генетические понятия

Ген — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов; участок ДНК, задающий последовательность определённого белка либо функциональной РНК.
Аллели — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака.
Доминирование — форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет проявление другого (рецессивного). Доминантный признак проявляется у гетерозигот и доминантных гомозигот.
Доминантный ген — аллель, определяющий развитие признака не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии; такой признак будет называться доминантным.
Рецессивный ген — аллель, определяющий развитие признака только в гомозиготном состоянии; такой признак будет называться рецессивным.
Гомозигота — диплоидный организм, несущий идентичные аллели гена в гомологичных хромосомах.
Гетерозигота — диплоидный организм, копии генов которого в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями.
Локус — участок хромосомы, в которой расположен определённый ген.
Гены эукариот состоят из нескольких элементов: регуляторная часть (влияние на активность гена в разные периоды жизни организма) и структурная часть (информация о первичной структуре кодируемого белка). Гены эукариот прерывисты, их ДНК содержит кодирующие участки — экзоны, чередующиеся с некодирующими — нитронами.
Генотип — совокупность генов организма.
Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков организма, сформировавшегося на базе генотипа во время индивидуального развития.
Геном — совокупность генов, свойственных для гаплоидного набора хромосом данного биологического вида. Геном, в отличие от генотипа, является характеристикой вида, а не особи, поскольку описывает набор генов, свойственных данному виду, а не их аллели, обусловливающие индивидуальные отличия отдельных организмов. Степень сходства геномов разных видов отражает их эволюционное родство.

Генетическая символика

АА ⇒ Доминантная гомозигота (даёт один тип гамет (А))
аа ⇒ Рецессивная гомозигота (один тип гамет (а))
Аа ⇒ Гетерозигота (два типа гамет (А; а))
Р ⇒ Родители
G ⇒ Гаметы
F ⇒ Потомство, число внизу или сразу после буквы указывает на порядковый номер поколения
F₁ ⇒ Гибриды первого поколения
F₂ ⇒ Гибриды второго поколения
♀ ⇒ Материнский организм
♂ ⇒ Отцовский организм
× ⇒ Значок скрещивания

Наследственность и изменчивость

Наследственность проявляется в способности организма передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. Материальной единицей наследственности являются гены, расположенные у прокариот в нуклеоиде, а у эукариот — в генетическом материале ядра и двумембранных органелл. Совокупность генов организма называют генотипом. Именно он обуславливает развитие большинства его признаков.

Изменчивость — это способность организмов приобретать новые признаки под действием условий среды. Различают генотипическую и фенотипическую изменчивость.

Генотипическая (наследственная) изменчивость затрагивает наследственную информацию организма и проявляется в двух формах: мутационной и комбинативной. В основе комбинативной изменчивости лежат половой процесс, кроссинговер и случайный характер встреч гамет в процессе оплодотворения. Это создаёт огромное разнообразие генотипов. Мутационная связана с возникновением мутаций, которые могут затрагивать как отдельные гены, так и целые хромосомы или даже весь их набор. В зависимости от природы возникновения мутации делят на спонтанные и индуцированные. Мутации делят на соматические и генеративные в зависимости от типа клеток, в которых они возникают. Наблюдения показывают, что многие мутации вредны для организма. Лишь некоторые из них могут оказаться полезными. Вещества и воздействия, приводящие к возникновению мутаций, называются мутагенными факторами, или мутагенами.

Фенотипическая (ненаследственная, или модификационная) изменчивость связана с возникновением модификационных изменений признаков организма, не затрагивающих его геном. Исследования модификационной изменчивости доказывают, что наследуется не сам признак, а способность проявлять этот признак в определённых условиях. Модификационная изменчивость не имеет эволюционного значения, т. к. не связана с образованием новых генов. Так, размеры листьев одного дерева варьируют в довольно широких пределах, хотя генотип их одинаков. Если листья расположить в порядке нарастания или убывания их длины, то получится вариационный ряд изменчивости данного признака.

Хромосомная теория наследственности

Т. Морган с учениками сформулировал хромосомную теорию наследственности в начале XX в. Основные её положения:

Гены находятся в хромосомах, располагаются в них линейно на определённом расстоянии друг oi друга и не перекрываются.
Гены, расположенные в одной хромосоме, относятся к одной группе сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному числу хромосом.
Признаки, гены которых находятся в одной хромосоме, наследуются сцепленно.
В потомстве гетерозиготных родителей новые сочетания генов, расположенных в одной паре хромосом, могут возникать в результате кроссинговера.
Частота кроссинговера, определяемая по проценту кроссоверных особей, зависит от расстояния между генами.
На основании линейного расположения генов в хромосоме и частоты кроссинговера как показателя расстояния между генами можно построить карты хромосом.

Модификационная изменчивость. Модификационная изменчивость у человека, как и у представителей других видов, определяется условиями его жизни, которые обеспечивают реализацию полученной им наследственной информации в пределах нормы реакции. Данные близнецового метода, устанавливающие различия между генетически одинаковыми однояйцовыми близнецами, развивающимися в разных условиях, подтверждают модификации многих признаков у человека.

Особенности модиификационной изменчивости у человека связаны с наследованием и развитием у него признаков, выделяющих его из царства животных: способности к трудовой деятельности, интеллекта, моральных качеств. Очевидно, что каждый человек наследует свойственные людям черты строения тела, руки, центральной нервной системы. Кроме того, особенностями генотипа объясняется различная способность людей к разным формам деятельности, что обуславливает появление особо одарённых людей в области науки и искусства и т. д. Однако полноценным членом общества человек становится только в процессе воспитания, обучения, освоения трудового и интеллектуального наследия человечества. Вот почему в процессе развития и формирования человека важно учитывать необходимость создания оптимальных условий для осуществления всех возможностей, заложенных в его наследственном материале.

Мутационная изменчивость. Человек характеризуется такой же, как и другие виды, средней частотой возникновения генных мутаций. Она колеблется от 10(- 4) до 10 (-6) на ген за поколение. Если общее число генов у человека составляет 10(5)-10(6), то при средней частоте мутирования отдельного гена, равной 10(-5) на поколение, в каждом гаплоидном наборе генов лиц одного поколения возникает от 1 до 10 новых мутаций.

Нередко генные, хромосомные и геномные мутации проявляются у человека в виде различных патологических признаков и состояний, называемых заболеваниями. Большинство новых мутаций являются неблагоприятными и снижают жизнеспособность организма, поэтому наследственные заболевания редко наблюдаются у взрослых. Они приводят к гибели организма на более или менее ранних стадиях индивидуального развития. Установлено, что от 20 до 40 % самопроизвольных выкидышей у человека и около 6% мёртворождений являются следствием грубых нарушений в наследственном материале организмов. Эти цифры убедительно свидетельствуют об отрицательной роли мутаций, частота которых в значительной мере определяется дозой мутагенных факторов, неуклонно повышающейся в результате производственной деятельности человека. Вот почему в настоящее время важное значение приобретают мероприятия, направленные на охрану окружающей среды от загрязнения её различными химическими отходами производства, продуктами радиоактивного распада и другими мутагенами.

Всё большее значение приобретают исследования, направленные на поиски средств, обладающих антимутаненным свойством. Это, как правило, соединения, нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК или снимающее повреждения молекулы ДНК. В радиобиологии для защиты биологических систем от повреждения ионизирующим излучением в качестве протекторов применяются соединения тиолового ряда (цистеин и его производные), различные серосодержащие соединения (аммония дитиокарбамид, тиомочевина, диметилсульфоксид), соединения с выраженной фармакологической или токсикологической активностью (триптамин, гистамин, серотонин) и др. Эти соединения могут быть использованы не только как радиопротекторы, но и как антимутагены против химических мутагенов. Имеются данные об антимутагенном эффекте ряда витаминов, что может иметь значение в профилактике возникновений мутаций, обусловленных спонтанным мутагенезом, а также в борьбе с последствиями индуцированного мутагенеза.

Комбинативная изменчивость. Ведущим фактором, определяющим полиморфизм человеческих популяций, является комбинативная изменчивость. Фенотипическое отличие потомков от родителей в значительной мере зависит от возникновения новых сочетаний генов в их генотипе в процессе оплодотворения родительских гамет. Высокий уровень комбинативной изменчивости у человека обусловлен большим количеством генов (сотни тысяч), которые объединены в 23 группы сцепления. Их эффективная рекомбинация в мейозе и при оплодотворении составляет основу генетического разнообразия представителей одного и того же поколения и разных поколений людей. Об этом необходимо помнить, когда речь идёт о наследственных заболеваниях у человека. Ещё в 30-х годах нашего века советский клиницист и генетик С. Н. Давиденков впервые поставил вопрос о клиническом полиморфизме наследственных болезней, определяемом их генетической гетерогенностью. Он впервые начал проводить медико-генетическое консультирование, основанное на знании генетических основ развития и наследования наследственных заболеваний.

Изучение наследственности и изменчивости человека не может производиться традиционным гибридологическим методом. Поэтому были разработаны специальные методы, такие как генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, популяционно-статистический и др. С помощью этих методов в настоящее время у человека выявлено и описано около 2000 различных нормальных и патологический признаков, установлен тип наследования многих из них. Наибольшее значение имеет изучение патологических наследственных признаков, позволяющее разрабатывать методы диагностики и предупреждения наследственных заболеваний. Немаловажное значение имеет научно обоснованное прогнозирование вероятности появления поражённого генетическим заболеванием потомства в семьях, неблагополучных по наследственной патологии. Для этого необходимо знать тип наследования соответствующего признака.

Различают следующие главные типы наследования признаков у человека: а) аутосомно-доминантный; б) аутосомно-рецессивный, в) Х-сцеплённый рецессивный, г) У-сцеплённый. Каждый из них характеризуется определёнными особенностями, выявляющимися при анализе родословных, и обуславливает большую или меньшую вероятность проявления признака в следующем поколении.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Изучение наследственности и изменчивости человека делает возможным научно обоснованный подход к разработке системы социальных мероприятий, направленных на формирование гармонично развитой личности, полноценного члена общества.

Одно из важнейших свойств живых организмов — способность изменять признаки в зависимости от условий окружающей среды.

Благодаря изменчивости популяции становятся генетически разнородными, и у вида появляется больше шансов приспособиться к изменению внешних условий.

ненаследственная (фенотипическая);
наследственная (генотипическая).

Ненаследственная (фенотипическая) изменчивость — это способность живого организма (фенотипа) подстраиваться под факторы внешней среды в пределах своего генотипа.

Фенотипическая изменчивость способствует приспособлению организмов к изменению условий внешней среды. Так, у домашних животных при улучшении условий содержания увеличивается продуктивность: надои и жирность молока, яйценоскость и др. Зайцы меняют окрас шерсти зимой и летом, а растения одуванчика, выросшие на бедной и плодородной почве, различаются размерами, числом листьев и соцветий.

Примеры фенотипической изменчивости можно наблюдать в повседневной жизни: кожа человека под воздействием ультрафиолетовых лучей становится тёмной; в результате физических нагрузок развиваются мышцы.

Благодаря генотипической изменчивости особь может приобретать признаки, ранее не свойственные её виду. По Дарвину, генотипическая изменчивость является основным двигателем эволюции.

Примером мутационной наследственности может служить появление животных-альбиносов, растений с изменённой формой листьев или необычной окраской лепестков. Так, иногда встречаются растения одуванчика с белой или оранжевой окраской цветков в соцветии.

У человека мутационной изменчивостью обусловлены альбинизм, фенилкетонурия, полидактилия (шестипалость), синдром Дауна и т. д.

Комбинативная изменчивость — возникновение у особей различий, обусловленных новым сочетанием родительских генов.

Возникает при половом размножении. При этом признаки родительских особей случайным образом комбинируются в ряду поколений, повышая разнообразие организмов в популяции.

В результате действия разных форм изменчивости каждая природная популяция характеризуется высокой степень генетической разнородности и благодаря этому способна приспосабливаться к постоянно изменяющейся среде обитания.

ГОСТ

Изменчивость – это способность организма приобретать новые признаки в ходе собственного оригинального онтогенеза.

Изменчивость как базовое свойство живых организмов

Изменчивость является базовым свойством живых организмов и у представителей различных царств она может проявляться совершенно по - разному.

наследственной, затрагивающей генетический аппарат организма;
ненаследственной или модификационной, не затрагивающей наследственный материал организм, но лежащей в пределах нормы реакции.

Норма реакции – это свойство генотипа, которое заключается в обеспечении пределов развития особенностей онтогенеза организма в зависимости от смены условий среды обитания.

Примером может служить отсутствие кочанов у капусты в жарких странах или падение продуктивности животных при отсутствии должного ухода за ними. Норма реакции признака также может варьировать. Некоторые признаки (молочность, вес) обладают весьма широкой нормой реакции, а окраска шерсти – узкой. При этом организм передает не сам признак, а способность генотипа взаимодействовать с условиями среды и давать тот или иной генотип. Иначе говоря, организм наследует ту норму реакции, которая была свойственна предковым формам.

Если несколько организмов одного вида расположить в порядке убывания и возрастания, то можно образовать вариационный ряд изменчивости того или иного признака.

Вариационный ряд изменчивости – это иерархия изменения признака или иллюстрация диапазона изменения признака в пределах вида.

Для того, чтобы сформировать полноценное представление о пределах изменения признака необходимо отмечать его варианты в конкретной последовательности.

Готовые работы на аналогичную тему

Варианта – это единичное изменение признака организма.

Частоту встречаемости отдельных вариант признака изучают с помощью построения вариационной кривой или графического выражения изменчивости признака. Данные кривой позволяют определить среднюю величину выражения данного признака путем сравнения всех полученных вариант.

Формы изменчивости

Модификационная изменчивость позволяет особям приспособиться к меняющимся условиям среды и имеет обратимый характер.

Наследственная изменчивость служит основным материалом для естественного отбора и определения вектора эволюционного процесса. Ч. Дарвин назвал этот тип изменчивости неопределенным.

Наследственная изменчивость также починяется определенной классификации. Так выделяют:

комбинативную изменчивость или формирующиеся в профазе первого деления мейоза новые комбинации генов в результате конъюгации и кроссинговера. Комбинативная изменчивость является результатом полового размножения и способствует адаптации организма к меняющимся (глобально) условиям окружающей среды;
мутационную изменчивость или ненаправленные изменения генотипа, возникающие внутри генов случайным образом. Мутации ведут к появлению у живых организмов качественно новых наследственных признаков и свойств, которых ранее в природе не было.

Выделяют несколько типов мутаций:

геномные мутации (полиплоидия и анеуплоидия) это изменения числа хромосом в геноме. Полиплоидию характеризуют как кратное увеличение числа хромосом. Чаще всего она возникает при нарушении процесса расхождения хромосом к полюсам клетки в мейозе или митозе. Это происходит благодаря действию мутагенных факторов;
хромосомные мутации являются изменениями структуры хромосом.

Также выделяют такие геномные мутации, как анеуплоидия.

Анеуплоидия – это уменьшение или увеличение числа хромосом по отдельным парам. Такой тип мутаций возникает при не расхождении хромосом в мейозе или митозе, встречается у растений и животных с низкой жизнеспособностью.

Хромосомные мутации определяют как изменение структуры хромосом. Что касается хромосомных мутаций, то можно выделить: дифишенсию, делецию, дупликацию:

Дифишенсия – это потеря концевых участков хромосом.
Делеция – это выпадение участка плеча хромосомы.
Дупликация – это повторение генетического набора в определенном участке хромосомы.

Также к хромосомным мутациям относят инверсию или поворот участка хромосомы на 180 градусов, транслокацию или перенос участка хромосомы к другому концу той же хромосомы или другой негомологичной хромосомы. Инверсии встречаются достаточно часто.

Наконец, существуют генные мутации или изменения нуклеотидной последовательности ДНК. Результатом генных мутаций можно назвать появление новой последовательности аминокислот в полипептидной цепи, а также белка с новыми свойствами. Большая часть генных мутаций не проявляется, так как они рецессивны.

Некоторые исследователи также выделяют цитоплазматические мутации.

Цитоплазматические мутации являются группой мутаций, характерных для цитоплазматических органоидов. Эти мутации передаются по материнской линии. Такой тип наследования можно объяснить тем, что в зиготу при оплодотворении переходит цитоплазма материнской клетки (яйцеклетки).

Пример: пестролистность растений связана с мутациями в хлоропластах. Цитоплазматические мутации также имеют ненаправленный характер.

Таким образом, мутации, которые затрагивают половые клетки называются генеративными, они проявляются уже в следующем поколении. Мутации соматических клеток проявляются в измененных клетках некоторых органов. У животных соматические мутации не передаются по наследству, поскольку из этих клеток не может возникнуть новый организм. Растения обладают таким типом размножения, как вегетативный, поэтому их соматические мутации могут сохраняться в ряду поколений. Любые типы мутаций возникают под действием мутагенов: ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, токсинов, гормонов и других химических веществ.

Изучением законов наследственности и изменчивости занимается такая наука, как генетика. За последние годы она достигла высокой степени развития и с использование ее данных успешно решаются многие медицинские, а также междисциплинарные научные проблемы.

Читайте также: